以地域特色為導(dǎo)向的開源裝配式農(nóng)居適用性分析

張金明

（廣東省綠色建材與裝配式建筑工程技術(shù)研究中心 廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000）

關(guān)鍵字：地域特色；開源；裝配式；適用性

《2016-2010年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中提到要全面提高建筑業(yè)信息化水平，增強(qiáng)BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、移動(dòng)通訊、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)集成應(yīng)用能力。美麗鄉(xiāng)村農(nóng)居的建設(shè)是直接關(guān)系到農(nóng)村居住環(huán)境的好壞與農(nóng)村建設(shè)的成敗。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村住宅的大肆建設(shè)，缺乏專業(yè)的施工管理和人地關(guān)系的考慮，使得鄉(xiāng)村農(nóng)居工程質(zhì)量令人堪憂，并且出現(xiàn)各地農(nóng)居建筑風(fēng)格雷同，傳統(tǒng)地域建筑特色文化正在消亡，因此，保障農(nóng)居工程質(zhì)量，改善農(nóng)居環(huán)境水平，保護(hù)與傳承農(nóng)居地域文化，探討一條地域特色、高質(zhì)、高效的適合農(nóng)居的建造方式，就顯得尤為緊迫。本文嘗試以開源裝配式農(nóng)居為對(duì)象，采用BIM 模塊化的設(shè)計(jì)方法來探討目前農(nóng)居地域特色風(fēng)格和建造方式，以適應(yīng)未來新農(nóng)村建設(shè)的農(nóng)居工業(yè)化的新要求。

1 BIM 技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)與裝配式建筑特點(diǎn)

模塊化設(shè)計(jì)是在進(jìn)行系統(tǒng)功能分析基礎(chǔ)上，將整個(gè)系統(tǒng)的總功能分解為若干個(gè)基礎(chǔ)單元模塊，根據(jù)用戶需求快速設(shè)計(jì)出多樣化用途的各種新系統(tǒng)[1]。模塊化設(shè)計(jì)可以簡(jiǎn)單地理解為將某些要素組合，形成一個(gè)子系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)具有特定功能且可以作為通用性的模塊再與其他要素再進(jìn)行多樣組合，又構(gòu)成新的系統(tǒng)。建立模塊的建筑構(gòu)件模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)建筑構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，使各專業(yè)層次分明，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等多層次的設(shè)計(jì)與組合，可以快速地實(shí)現(xiàn)建筑物的設(shè)計(jì)、組合、變型及重構(gòu)，為建筑的裝配式提供基礎(chǔ)。模塊化是實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化生產(chǎn)的一種有效方法。

以數(shù)據(jù)化、信息化整合的BIM 技術(shù)，基于協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，將不同專業(yè)模塊或組件快速、準(zhǔn)確地建立起信息模型，使建筑模型具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性等特點(diǎn)。將 BIM 技術(shù)與裝配式設(shè)計(jì)方法結(jié)合，可以形成專業(yè)的互動(dòng)性和反饋性的可視化、各專業(yè)問題協(xié)調(diào)性、施工進(jìn)度與管理的模擬性、復(fù)雜工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化性等，因此裝配式建筑基于 BIM 的模塊化設(shè)計(jì)方法可以使工程技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對(duì)，對(duì)提高生產(chǎn)效率、縮短工期、降低造價(jià)扮演重要角色。

2 開源裝配式設(shè)計(jì)理念的由來

我國(guó)很多美麗鄉(xiāng)村是村民根據(jù)生產(chǎn)、生活需要和其對(duì)自然環(huán)境的理解而營(yíng)造起來的，這一持久的過程并沒有職業(yè)建筑師參與。建筑使用者對(duì)建筑的使用要求表達(dá)越來越強(qiáng)烈，都希望全程參與建設(shè)，并把其最原始愿望變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，然而職業(yè)建筑師和工程師不能感同身受鄉(xiāng)村生活方式，難于表達(dá)使用者的最初心理預(yù)期?；ヂ?lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的發(fā)展為建筑使用者更容易表達(dá)自己的想法，可以借助數(shù)字軟件參與建筑設(shè)計(jì)，因此建筑師的工作方式要根據(jù)使用者意志表達(dá)需求轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)模式，探索個(gè)體建筑設(shè)計(jì)向群策設(shè)計(jì)的開源設(shè)計(jì)方向轉(zhuǎn)變。

鄉(xiāng)村的發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)久過程，美麗鄉(xiāng)村的建設(shè)離不開傳統(tǒng)建筑文化的傳承與發(fā)展、傳統(tǒng)建筑的活化利用。鄉(xiāng)村建設(shè)要把村民的生活方式與自然的因素考慮進(jìn)來，使建筑的載體更具有地域特色與鄉(xiāng)土味。農(nóng)居作為鄉(xiāng)村建設(shè)的主要內(nèi)容，更應(yīng)該根據(jù)使用者的需求意志來完成，其設(shè)計(jì)的自主權(quán)應(yīng)還回村民，讓村民將村落的地域特色賦予建筑。

開源在軟件系統(tǒng)里是開放源代碼，用戶可以在源代碼的基礎(chǔ)上修改和學(xué)習(xí)，開源裝配式就是提供一個(gè)自由的平臺(tái)可供各方共同參與設(shè)計(jì)。開源裝配式理念可以讓村民根據(jù)需求自主快速組合建筑主體結(jié)構(gòu)，自行塑造建筑形態(tài)，根據(jù)地域特色材料與地域工序?qū)Α鞍氤善贰睂ふ疫m合的完善方式，既可以保證村落形態(tài)的整體統(tǒng)一，又能在統(tǒng)一中有隨機(jī)的微小秩序變化。

3 開源裝配式農(nóng)居的適用性分析

推廣裝配式技術(shù)在農(nóng)居的應(yīng)用，引入新型設(shè)計(jì)體系與建造模式是解決農(nóng)居建設(shè)共性問題的必由之路。如何實(shí)現(xiàn)農(nóng)居的裝配水平，關(guān)鍵在于裝配式建筑的可靠性、實(shí)用性與傳承性。因此對(duì)裝配式農(nóng)居在設(shè)計(jì)體系、建構(gòu)效率、空間適應(yīng)與物理環(huán)境[2]等方面進(jìn)行適用性分析。

3.1 設(shè)計(jì)體系

BIM 技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性及可出圖性等特點(diǎn)。基于BIM 平臺(tái)在設(shè)計(jì)階段能夠?qū)Ω鲗I(yè)模型進(jìn)行3D 仿真模擬，以優(yōu)化方案設(shè)計(jì)與成本控制。設(shè)計(jì)人員在協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)上可以根據(jù)用戶需求從模型庫(kù)中挑選相應(yīng)的設(shè)計(jì)模塊來組合成整體模型，并對(duì)模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)、優(yōu)化協(xié)調(diào)，生成最終專業(yè)模型，實(shí)現(xiàn)模型信息在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與施工之間的共享。

引入開源裝配式農(nóng)居理念，參考了謝英俊家屋體系、哈貝馬斯互為主體的“溝通行動(dòng)理論”[3]的策略，在一定程度上解決了鄉(xiāng)村地域特色與裝配式建筑的矛盾問題。在預(yù)制裝配建筑主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，開源可以讓村民因生活方式、自然條件、社會(huì)條件等種種因素，衍生出各種地域特色的并適應(yīng)需求的建筑擴(kuò)展形態(tài)。然而這些擴(kuò)展形態(tài)是村民將與其生活息息相關(guān)的想法轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的成果，既保留了鄉(xiāng)土的味道，又傳承與演變了建筑形態(tài)。結(jié)構(gòu)的預(yù)制與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的開源，既體現(xiàn)了建筑形態(tài)的豐富多樣，又保證了村落整體形態(tài)的統(tǒng)一，也符合美麗鄉(xiāng)村建設(shè)的要求。

3.2 建構(gòu)效率

早在20 世紀(jì)40年代，國(guó)外就關(guān)注裝配式建筑對(duì)系統(tǒng)建構(gòu)效率問題，如德國(guó)建筑師康拉德·瓦克斯曼的移動(dòng)機(jī)庫(kù)”（Mobile Hanger）與“組件住宅”（Packaged House）、美國(guó)建筑師埃姆斯夫婦的“埃姆斯住宅”（Eames House）等。20 世紀(jì) 80年代末以后，批量定制”（mass customization）概念引入輕質(zhì)裝配式建筑系統(tǒng)的實(shí)踐之中，如美國(guó)建筑師斯蒂芬·基爾蘭（Stephen Kieran）與詹姆斯·汀波萊克，他們致力于研究批量定制建筑的差異化、個(gè)性化問題。預(yù)制建筑的批量定制策略實(shí)際上是集設(shè)計(jì)思考、建造（制造）組織、技術(shù)轉(zhuǎn)移、材料開發(fā)、銷售服務(wù)于一體的綜合性流程設(shè)計(jì)，并最終回應(yīng)預(yù)制建筑的多樣性命題。[4]

裝配式建筑對(duì)系統(tǒng)建構(gòu)效率的關(guān)注，主要體現(xiàn)在預(yù)制生產(chǎn)與裝配建造兩個(gè)環(huán)節(jié)。[2]預(yù)制生產(chǎn)與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)施工相比，預(yù)制生產(chǎn)可通過標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件體系有效地提高構(gòu)件質(zhì)量，降低造價(jià)，減少現(xiàn)場(chǎng)施工工期。裝配建造環(huán)節(jié)相對(duì)于傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)施工更顯的方便、快捷，建筑構(gòu)件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)如果是輕量結(jié)構(gòu)并不需要大型吊裝設(shè)備，只需要施工人員協(xié)力便可人工完成拼裝。

基于BIM 技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，明確了各專業(yè)的工作職責(zé)，方便了相互間的交流與問題反饋的及時(shí)性，避免系統(tǒng)的碰撞沖突；能通過模型的族庫(kù)信息精準(zhǔn)地產(chǎn)品生產(chǎn)與跟蹤、運(yùn)輸與裝配，節(jié)約庫(kù)存空間，同時(shí)滿足客戶的多樣化需求。同時(shí)在施工中，模塊化的構(gòu)件讓村民可方便快捷地組合建筑主體結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了村民對(duì)建筑結(jié)構(gòu)自由拼裝的可操作性，。BIM 與裝配式技術(shù)的結(jié)合進(jìn)一步推動(dòng)了建筑的工業(yè)化發(fā)展，提高了預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量與生產(chǎn)效率，提高了裝配建造速度。

3.3 空間適應(yīng)性

早在上世紀(jì)中期，國(guó)外就有研究裝配式建筑的空間適應(yīng)性問題，如研究建筑功能發(fā)生變化后對(duì)圍護(hù)模塊的拆卸、變換或重組，以適應(yīng)建筑全生命周期內(nèi)的空間需求。如基爾蘭 · 汀波萊克事務(wù)所基于標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為 KT 系列住宅開發(fā)了“可卸板塊”（dump panel）與“智慧模塊”（smart module）兩種模塊。[5]

國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多學(xué)者研究裝配式農(nóng)居戶型標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，如空間的模塊化設(shè)計(jì)、集成化設(shè)計(jì)等，從生活習(xí)慣和傳統(tǒng)文化的影響分析，建立標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊和標(biāo)準(zhǔn)的戶型模式，再到戶型全生命周期內(nèi)空間的可變性研究，已經(jīng)積累了大量實(shí)踐案例，如謝英俊家屋體系，北新建材研發(fā)的新型房屋，朱競(jìng)翔的“新芽”系列建筑等。

村民在預(yù)制的主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，根據(jù)傳統(tǒng)的民居空間形態(tài)、生活方式與需要，自由組合出不同空間架構(gòu)。開源的主體結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)便于村民根據(jù)家庭人口結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)空間的擴(kuò)展，便于對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料選擇的本土化與維護(hù)，既避免了現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)化風(fēng)格單一的形態(tài)，又能滿足用戶不同的需求。

3.4 物理環(huán)境性能

物理環(huán)境性能指的在保證建構(gòu)效率與空間適應(yīng)性的前提下，通過裝配式建筑的本體設(shè)計(jì)能營(yíng)造舒適的室內(nèi)物理環(huán)境，減少對(duì)外部能源的依賴，最終達(dá)到“舒適”與“節(jié)能”的平衡。[2]

國(guó)外關(guān)于裝配式建筑物理環(huán)境的研究較早，如上世紀(jì)30年代，有法國(guó)的讓·普魯維研究輕質(zhì)裝配式系統(tǒng)的氣候適應(yīng)性特征的“熱帶住屋”（Maison Tropicale）[6]；美國(guó)建筑師馬克·安德森從地理與氣候研究建筑的環(huán)境性能與建筑形式的“場(chǎng)地特異性”（site-specificity）；[6]基爾蘭·汀波萊克事務(wù)所研究陽(yáng)光板與室外環(huán)境的光、風(fēng)、熱因子的“火炬松住宅”（Loblolly House）。[7]

國(guó)內(nèi)關(guān)于裝配式建筑物理環(huán)境的研究，如香港中文大學(xué)的朱競(jìng)翔研究的新型輕量建筑圍護(hù)設(shè)計(jì)、物理性能與舒適度問題；清華大學(xué)宋曄皓團(tuán)隊(duì)研究室內(nèi)舒適度問題的零能耗輕質(zhì)裝配式建筑；還有其他學(xué)者對(duì)區(qū)域裝配式建筑的物理環(huán)境研究，如朱娜“ 嶺南地區(qū)綠色裝配式農(nóng)居設(shè)計(jì)策略研究”，赫浩伯“小型預(yù)制裝配式建筑在北方嚴(yán)寒地區(qū)的實(shí)現(xiàn)”等。

從國(guó)內(nèi)外裝配式建筑的物理環(huán)境性能研究現(xiàn)狀來看，裝配式建筑室內(nèi)的物理環(huán)境是可以滿足居住的要求的。開源裝配式建筑可通過氣候適應(yīng)性策略，采用自然通風(fēng)、高熱容的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、遮陽(yáng)等技術(shù)來提高建筑室內(nèi)的舒適性。

4 裝配式農(nóng)居發(fā)展的問題

4.1 產(chǎn)業(yè)配套不完善

目前農(nóng)居的結(jié)構(gòu)體系以是框架結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)為主，建設(shè)均需要現(xiàn)場(chǎng)澆注和養(yǎng)護(hù)，擁有非常成熟的施工流程和施工技巧。然而裝配式建筑部分構(gòu)件需要在工廠預(yù)制，完成后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，部分重體量構(gòu)件還需通過吊車吊起安裝，涉及的專業(yè)較多，要求工人有一定的識(shí)圖能力與安裝技巧，因此需要上下游專業(yè)的配合和配套才可完成?；谵r(nóng)村建設(shè)的交通與場(chǎng)地有限，裝配式建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、維護(hù)等人才緊缺，是裝配式建筑在農(nóng)村發(fā)展的重要影響因素。

4.2 居住文化的差異

中國(guó)傳統(tǒng)的農(nóng)居都是較穩(wěn)重的磚石材料，能帶給居住者安全、穩(wěn)固之感，切合中國(guó)人的生活習(xí)慣。裝配式建筑，特別是輕鋼結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用“空”的復(fù)合墻板圍護(hù)結(jié)構(gòu)與“輕”的結(jié)構(gòu)體系給人不踏實(shí)的安全感和較差的隔熱、隔聲性能。對(duì)于新型的建筑結(jié)構(gòu)，村民在沒有確定其可靠性、安全性、實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性前都會(huì)處觀望狀態(tài)，況且裝配式建筑在農(nóng)村還沒有流行，自然不會(huì)冒大風(fēng)險(xiǎn)嘗試，除非其有足夠的吸引力。

4.3 建設(shè)成本與施工效率

裝配式建筑在農(nóng)村還沒有大批量的需求，能做裝配式建筑的企業(yè)都是一些大型企業(yè)，自然不會(huì)追求農(nóng)村小利潤(rùn)項(xiàng)目，造成目前農(nóng)村小型裝配式建筑成本過高，偏遠(yuǎn)地區(qū)構(gòu)件運(yùn)輸與安裝成本較大，這也是業(yè)主對(duì)裝配式建筑望而生畏的因素。

5 總結(jié)

本文從開源裝配式建筑的設(shè)計(jì)體系、建構(gòu)效率、空間適應(yīng)與物理環(huán)境等方面進(jìn)行開源裝配式農(nóng)居的實(shí)用性分析，既符合建筑行業(yè)的發(fā)展目標(biāo)與需要，也體現(xiàn)了農(nóng)居的地域特色發(fā)展，在 BIM 設(shè)計(jì)理論結(jié)合產(chǎn)業(yè)配套的完善，加強(qiáng)技術(shù)工人的專業(yè)技能培訓(xùn)，開源裝配式農(nóng)居具有一定的適用性。